10 гениев, изменивших мир
Шрифт:
В январе 1925 года, вернувшись из Лейдена, двадцатитрехлетнего ученого назначили «временным» (нештатным) профессором Флорентийского университета, и он приступил к чтению лекций по математической физике и механике.
Флорентийский период (январь 1925 – сентябрь 1926 года) был очень важным в жизни Ферми. Задачи, которые тогда увлекали его, стали вскоре научной классикой.
В декабре 1925-го молодой физик, независимо от англичанина Поля Дирака, разработал новую разновидность статистической механики для частиц с полуцелым спином (эти частицы получили характерное название «фермионы»). Статистика, впоследствии названная статистикой Ферми – Дирака, позволяла успешно описывать поведение электронов, а позднее была применена к протонам и нейтронам. Она стала одной из
Основное значение статистики Ферми – Дирака заключается в том, что она стала ключом к пониманию свойств электронов в металлах. Но и другие применения статистики ученого весьма многочисленны, что иллюстрируется большим количеством терминов, вошедших в физическую и астрофизическую литературу, таких как «газ Ферми», «Ферми-жидкость», «поверхность Ферми», «метод Томаса – Ферми», «фермиевские импульсы» нуклона в ядре и т. д. Талантливый физик развивал эффективный приближенный метод расчетов многоэлектронных атомов (в квантовой, как и в классической, механике задачи многих тел физики умеют решать лишь приближенно).
В отличие от Дирака, Ферми пришел к новой статистике независимо от квантовой механики. Он давно вынашивал предпосылки этого творения, но ему не хватало принципа запрета Вольфганга Паули. Кстати, Ферми заметно переживал то, что он не сумел сформулировать принцип Паули, к которому, по его словам, он очень близко подошел.
Итогом этих трудов стала одна из наиболее важных работ Ферми – статья «О квантовании идеального одноатомного газа». Представив 7 марта 1926 года на заседании Академии дей Линчей сокращенную версию этой работы, ученый уже 26 марта отправил полную ее версию в редакцию немецкого журнала «Zeitschrift f"ur Physik». Кстати, Дирак представил свою работу на заседании Королевского общества только через пять месяцев – 26 августа.
Первым статистику Ферми – Дирака использовал в 1927 году Вольфганг Паули для описания поведения электронного газа в металлах, а в 1928-м советский физик Я. И. Френкель, получив с ее помощью выражения для давления вырожденного электронного газа, применил эту теорию в описании белых карликов.
После открытия статистики Ферми – Дирака авторитет Энрико Ферми в научном мире начал стремительно расти. Рим, прежде пребывавший на задворках академических естественнонаучных исследований, трудами талантливого ученого стал превращаться в один из европейских центров теоретической физики.
В сентябре 1926 года в Римском университете была создана кафедра теоретической физики. Ферми вновь вернулся в Рим, выиграл конкурс на замещение должности штатного профессора кафедры, а в 1927-м по инициативе Корбино возглавил ее. Должность эта для Ферми означала способ спокойно продолжать научную работу, но не более. Он никогда не искал ни важных административных постов, ни почета, ни наград. Естественно, признанием своих заслуг был доволен, но честолюбие было ему чуждо.
После пребывания в Лейдене Ферми почувствовал, что миссия исследователя и наставника ему по силам. В сравнении с этим все остальное имело для ученого второстепенное значение. Именно в тот период при поддержке Орсо Корбино он создал итальянскую школу теоретической физики, получившую в дальнейшем мировую известность. Как вспоминали впоследствии бывшие ученики Энрико Ферми, это происходило как бы исподволь. По свидетельству студентов того времени, «скорость формирования молодого физика в этой школе была невероятной».
Ферми не просто преподавал определенную дисциплину: собственным примером «он учил страстно любить физику, равно как и понимать дух и этику этой науки». Он предпочитал не предлагать тем для дипломных работ, справедливо считая, что во всех отношениях полезнее, если студент сам выберет интересную для себя проблематику исследований.
Вот как Эмилио Сегре описывает занятия, не связанные с университетскими курсами, которые Ферми проводил с ними: «Они были совершенно импровизированными и неофициальными. Поздно вечером мы собирались в кабинете Ферми, и
В то время много раз нам представлялся случай быть свидетелями зарождения и выполнения нового и оригинального исследования. Конечно, невозможно было сказать, какая предварительная работа уже была выполнена Ферми сознательно или подсознательно. Наверняка, у него не было ничего написанного. Мы присутствовали при развитии теории, которое происходило не слишком быстро, но практически без ошибок или изменения направления мысли. Ферми как будто читал лекцию, хотя более медленно. Любопытная характеристика фермиевского способа работы состояла в постоянстве скорости, с которой он продвигался вперед. Если переходы были легкими, он все-таки продвигался медленно, и рядовой наблюдатель мог бы задать вопрос: почему он теряет так много времени на такую простую алгебру? Однако, когда возникали такие трудности, которые остановили бы человека меньших способностей бог знает на сколько времени, Ферми решал их с той же скоростью. У нас создалось впечатление, что Ферми – каток, двигающийся медленно, но не знающий препятствий. Окончательные результаты были всегда ясными, и часто мы задавались вопросом: «Почему это не было найдено давно, раз все так просто и ясно?» Ферми навсегда сохранял в памяти один раз использованный им метод и применял его к задачам, совершенно отличающимся от той, которая породила физическую идею и математическую технику…»
Ферми всегда подчеркивал огромную важность для студентов хорошей подготовки по классической физике и сам любил читать лекции по элементарной физике. Он очень возражал против курсов, посвященных чрезмерно узким проблемам. Однажды ученый полусерьезно излагал группе сотрудников свои идеи о том, как следует реформировать высшее образование в университетах. «Возьмем, – сказал он, – для примера коллектив, скажем, из двадцати студентов-однокурсников, которому при настоящих порядках следует слушать лекции по пяти различным предметам у пяти преподавателей. Это нерационально, гораздо целесообразнее была бы «система менторов», согласно которой каждый из пяти преподавателей возьмется за преподавание только четырем студентам всех пяти предметов».
Своих студентов и сотрудников Ферми учил не только физике в прямом смысле этого слова. Он упорно подчеркивал исключительную моральную ответственность ученого при обнародовании научной работы. В опубликованных трудах Ферми обнаруживается почти педантичное внимание к точности выражений, в них не встретишь излишне категоричных утверждений и т. д. Но выдающегося физика совершенно не заботила элегантность стиля и формы: для него важнее всего было содержание работы и ясность изложения.
Ферми нетерпимо относился к часто встречающейся тенденции экспериментаторов переоценивать точность своих измерений. В институте было известно «правило», которым руководствовался ученый в отношении к новому или «странному» результату: увеличить втрое приведенную экспериментатором ошибку измерения и только после этого начинать рассуждение.
Несмотря на свою самобытность, интуитивное чутье нового, Ферми был того мнения, что в науке новые законы надо принимать только в том случае, когда нет иного выхода. Ему очень не нравилось стремление некоторых физиков найти «сверхновое», не исчерпав всех возможностей в рамках уже существующих принципов и законов. При этом речь идет не о консервативности подхода Ферми, а о его фундаментальности.
В физике, по мнению ученого, нет места для путаных мыслей, физическая сущность любого действительно понимаемого вопроса может быть объяснена без помощи сложных формул. Он часто утверждал, что физики, действительно понимающие природу явления, должны уметь получать основные законы из соображений размерности.